Mentalitatea „clientul pe primul loc” aflată la baza stratului de acoperire de înaltă duritate a suprafețelor premiat ES302

Creează

Mentalitatea „clientul pe primul loc” aflată la baza stratului de acoperire de înaltă duritate a suprafețelor premiat ES302

În anii 2000, fermele eoliene din Statele Unite au descoperit că aveau o problemă. Turbinele eoliene instalate la sfârșitul anilor 1990 sau la începutul anilor 2000 – concepute să producă energie timp de 20 de ani – aveau nevoie disperată de revizii mecanice generale.

Rulmenții cu role ai arborilor principali ai turbinelor și rulmenții transmisiilor cu roți dințate prezentau deteriorări premature comparativ cu durata de viață estimată în cursul proiectării acestora. Remedierea acestor probleme a necesitat o reparație capitală, care a costat aproape 300.000 USD, de fiecare dată când rulmenții arborelui principal s-au defectat, sau 1,2 milioane USD, valoare estimată a reparațiilor capitale de-a lungul perioadei de viață a unei turbine.

Aproximativ în aceeași perioadă, o echipă de cercetare și dezvoltare de la Timken a ajuns în faza de producție cu un proces de acoperire de suprafețe în flux de plasmă pentru rulmenții cu role, aflat în lucru încă de la sfârșitul anilor 90. „Când am început să cercetăm modul în care straturile de acoperire de suprafețe de înaltă duritate ar putea avea impact asupra performanței elementelor de rulare ale rulmenților, am fost pionieri”, a spus Ryan Evans, care a început să lucreze la proiect ca student la inginerie chimică și care, la ora actuală, lucrează ca director al departamentului de cercetare și dezvoltare pentru rulmenți.

„Nu vrei niciodată ca suprafețele componentelor din oțel să se afle în contact într-un rulment”, a spus el. Aceasta pare o pretenție exagerată, deoarece atunci când te uiți la un rulment cu role, vezi rolele rotindu-se într-un spațiu strâmt. Însă acesta este scopul lubrifierii – așadar, există întotdeauna un film de lubrifiant între role și calea de rulare a inelului interior.

Din nefericire, filmul de lubrifiant într-un rulment este dificil de menținut în mod constant. Modelele mai vechi de turbine, de exemplu, aveau, uneori, rulmenți radiali oscilanți cu role buoi pe două rânduri montați pe arborele principal, rulmenți care trebuiau să suporte o încărcare radială și sarcina axială generată de forța vântului numai pe rândul de role din direcția vântului. Cum rulmenții se uzau din cauza distribuției inegale de tensiuni, aceștia transferau încărcarea axială datorată deformărilor, cu valori în permanentă creștere, rulmenților transmisiei cu roți dințate. Companiile producătoare de energie eoliană au descoperit astfel că este o provocare să mențină rulmenții suficient lubrifiați, în aceste condiții complexe de încărcare, pentru a putea evita defectările.

Târziu în anii 2000, rulmenții din arborii principali ai turbinelor și din transmisii sufereau daune premature, rezultând în reconstruiri majore care puteau ajunge la costuri de până la 300.000 $.

Rezolvarea frecării oțel pe oțel

Multe industrii grele se confruntă cu problema contactului oțel pe oțel din interiorul rulmenților. Pentru a o rezolva, echipa Timken a adoptat o nouă abordare, și anume, a face rolele rulmenților mai puțin „oțelite” decât inelele. „Punem un strat super-subțire – fracțiuni din grosimea firului de păr uman – de material compozit pe acestea” spune Evans. „Este o combinație de ceramică și un polimer sau, cu alte cuvinte, un strat foarte subțire de material, precum plasticul, plin de particule ceramice minuscule.”

Practic, stratul de acoperire de suprafață de înaltă duritate dezvoltat de Timken – numit ES302 – a fost atât dur, cât și rezistent la uzură, precum un vârf de burghiu, și totuși alunecos și neaderent, precum tigaia dvs. preferată. Compania a găsit o strategie sănătoasă post-vânzare în înlocuirea rulmenților pentru turbinele eoliene, cu rulmenți radiali oscilanți cu role butoi rezistenți la uzură, care aveau aplicat stratul de acoperire de suprafață ES302 pe role.

Agricultura a fost o altă piață timpurie pentru rulmenții rezistenți la uzură, în utilaje agricole, cum ar fi tractoarele și combinele. Clienții din domeniul aerospațial le-au găsit și ei utilizări, împreună cu fabricile de hârtie, companiile de extracție petrol și gaze, companiile de minerit și altele.

Astăzi, acoperirile de suprafețe Timken sunt o dotare premium a rulmenților. „În general, le puteți adăuga pe oricare dintre rulmenții Timken preferați de dvs.”, spne Evans. „Dacă ați cumpărat un rulment și sunteți mulțumit, dar ați vrea să reziste mai mult atunci când condițiile de lubrifiere sunt inadecvate din diverse motive, putem adăuga stratul de acoperire, fără a fi necesar să reproiectăm totul.”

O abordare antreprenorială a cercetării și dezvoltării

Evans se gândește cu drag la acei ani de dezvoltare a acoperirii de suprafață de înaltă duritate ES302. Echipa principală a fost un grup bine închegat, care i-a inclus și pe Gary Doll, acum profesor Timken de ingineria suprafețelor și director al Laboratorului de acoperiri speciale de suprafețe al Timken la Universitatea din Akron, Jim Gnagy, specialist în dezvoltarea produselor și Tim Springer, coordonator de program. În anii care au condus la proiectul ES302, și alți ingineri și analiști din cercetare și dezvoltare ai Timken au avut contribuții de valoare la dezvoltarea tehnologiilor rezistente la uzură ale Timken.

„Am călătorit în lume discutând cu clienții despre tehnologia straturilor de acoperire de suprafețe de înaltă duritate și rulmenții rezistenți la uzură”, a spus Evans. Contactul direct cu clienții a fost cheia. Evans atribuie o mare parte a succesului produsului ocaziilor pe care echipa le-a avut de a descoperi provocările din lumea reală, clădind relații cu clienții, precum și testând și obținând feedback privind soluțiile pe teren.

„Pentru acea perioadă de început, a fost multă cercetare și dezvoltare realizată chiar în fața clienților, urmată de implementarea rapidă a soluțiilor” a spus Evans. „Le trimiteam rulmenți prototip, apoi așteptam reacțiile.” Era întotdeauna extrem de satisfăcătoare primirea unui e-mail de pe teren, împreună cu mesaje de genul „Tocmai am depășit pragul de 2000 de ore!” pentru un rulment care, anterior, nu rezistase niciodată mai mult de 200 de ore.

Tom Springer, Jim Gnagy și Ryan Evans acceptă Premiul pentru realizări în materiale de inginerie al ASM International pentru dezvoltarea a ES302, un material de acoperire care mărește durata de viață, îmbunătățește eficiența și împiedică uzura asupra rulmenților și transmisiilor.

Recunoaștere internațională

Rulmenții pot să nu fie primul lucru care trece prin mintea celor mai mulți oameni atunci când se gândesc la tehnologiile care permit existența civilizației moderne și totuși, fiecare mașină cu piese aflate în mișcare de rotație are nevoie de ei. În cele din urmă, acoperirile de suprafețe de înaltă duritate de la Timken au avut succes, deoarece ele ajută rulmenții să își îndeplinească munca lor ascunsă în mod fiabil, fără ca cineva să-și dea seama.

„Noi instalăm în utilaj un rulment rezistent la uzură, cu acoperire de suprafață de înaltă duritate și rar mai auzim vreodată de acel client”, spune Evans, „cu excepția situațiilor în care primim comenzi pentru mai mulți rulmenți în anul următor, apoi în celălalt și tot așa.”

„ES302 a deschis uși și ne-a ajutat să ne dezvoltăm în domeniul rulmenților industriali destinați utilizărilor în medii de lucru provocatoare”, a continuat el.

În anul 2017, ASM International, proeminenta societate de informații despre materiale, a acordat companiei Timken premiul „Engineering Materials Achievement” pentru „contribuțiile semnificative ale ES302 la domeniul științei materialelor și dovezi ale impactului industrial.” Printre câștigătorii anteriori ai premiului anual, înființat în 1969, se află GE, Northrup Grumman, IBM, Boeing și GM.

JulyAugust_AMP_Digital

Articol folosit cu permisiunea revistei Advanced Materials & Processes (Procese și materiale avansate) a ASM International.

Pentru echipa de dezvoltare, a fost un moment plin de mândrie. „Primim confirmări comerciale de fiecare dată când vindem produse Timken rezistente la uzură”, a spus Evans. Acceptarea premiului a dus la o o percepere mai amplă a aprecierii profunde a clienților și colegilor specialiști în tehnică, a muncii depuse pentru dezvoltarea ES302.

Clienții, în centrul preocupărilor

Astăzi, cercetătorii Timken caută moduri de a reduce costurile implementării acoperirilor de suprafețe de înaltă duritate și le fac mai accesibile ca preț pentru o varietate mai largă de utilizări pentru clienți. „Acoperirile de suprafețe pot fi scumpe în ceea ce privește costul rulmentului pentru rulmenții de uz general, de volum mare, industriali sau utilizați în industria auto. Ce-ar fi dacă am putea obține aceeași performanță de rezistență la uzură cu strat de acoperire care costă mai puțin?”, a zis Evans.

„Timken a făcut echipă cu centrele de excelență din întreaga lume pentru a ajuta la rezolvarea acestor provocări”, a continuat Evans. Aceasta include instituții locale, precum Universitatea din Akron, unde Doll lucrează la noua generație de tehnologii de acoperiri de suprafețe.

Materialele și procesele se pot schimba în timp, dar în anii care au trecut de la dezvoltarea ES302, Evans a ajuns să înțeleagă cât de importantă este această mentalitate a Timken de colaborare cu clienții, de-a lungul liniei de producție.

„Avem mii de produse unice pe care le puteți cumpăra de la noi”, spune el. „Aceasta este dovada că inginerii Timken au ieșit din laboratoare și au lucrat cu clienții la problemele care îi interesează pe aceștia din urmă.”

„Investim în cercetare și dezvoltare pentru a identifica problemele fundamentale ale aplicațiilor clienților, pentru a folosi la maxim cunoștințele științifice și inginerești de ultimă generație în vederea rezolvării acestor probleme și apoi pentru a aplica soluțiile în mai multor industrii”, spune Evans. „Acoperirile de suprafețe rezistente la uzură constituie un exemplu excelent în ceea ce privește modul de a crea valoare de-a lungul timpului, din laborator până la utilajul clientului.